最近，很多做电能质量的小伙伴向智电咨询，IGBT用单管可靠吗？今天，我们就来聊一聊 IGBT 的故事。
IGBT的基本介绍
IGBT是当前大功率电力电子产品中应用最广泛的功率变换器件，光伏逆变器、电动汽车、储能PCS，以及我们今天要聊的电能质量治理相关的产品，都离不开它的身影。在电力电子功率变化时，控制器通过PWM控制IGBT按照一定的要求导通和关断（通俗点就是开关），就实现了电压的交直流变换，电流的有功或无功变化。可以说，IGBT是电力电子设备中最核心的器件。
IGBT分为模块和单管两种，单管是指一个IGBT晶圆单独封装成一个可以焊接使用的器件，模块则是指把多个IGBT晶圆一起封装成一个整体。
图 1 IGBT单管和内部原理图（1个管子）
图 2 IGBT模块和内部原理图（4个管子）
从上面的图1和图2，小伙伴们估计对单管和模块有了一个初步的概念。所谓模块，就是把多个单管（一般是2个或4个）封装在一起了。那单管和模块只是数量的差别吗？当然有，我们往下看。
区别在哪里
首先跟大家普及一个小知识，任何线路都可以等效成电阻和电感的串联。在PCB板上，一段线路也同样可以看作电阻和电感串联。一般情况下，由于PCB板上的线路非常短，对线路上电压或电流的影响很小，我们通常会忽略它的电阻和电感。
然而，由于IGBT开关速度非常快（ns级），IGBT CE两端的电压和电流在短时间内快速变化，此时PCB板上的等效电感影响就非常明显了。以IGBT关断为例，关断瞬间电流突变，线路等效电感在IGBT C极会产生较大的电压尖峰，叠加直流母线本身的电压，就有可能超过IGBT本身的耐受电压，导致IGBT损坏。除了电压尖峰外，IGBT开关过程中还需要考虑尖峰引起的误导通、多管并联均流、死区延时等多个问题。
图 4 I型NPC拓扑的某个工作过程
可以看到，实际工作中，整个换流路径，实际是经过了多个IGBT管子。采用多个单管IGBT搭建拓扑，肯定要比封装在一起的IGBT模块，在PCB走线上长。因此，单管IGBT在处理线路等效电感引起的电压尖峰、误导通等问题上难度更大。
通过上边的分析，小伙伴们是不是感觉，采用单管IGBT肯定就不如模块IGBT好呢？
实际上，凡事都有两面性。单管IGBT相比模块方案，也同样有它的优点。
首先，单纯从器件角度，IGBT单管，在晶圆基础上直接封装，流程简单，制造工艺成熟，器件可靠性高。而IGBT模块的工艺则要更加复杂，需要将IGBT晶圆再集成在一个模块里，增加了一个新的工艺过程，晶圆失效率提升。
其次，单管IGBT的热源分散，散热更好。而模块IGBT多个热源集中在一个小模块里，散热难度更大。发热问题是电力电子的核心问题，从这个角度，单管IGBT方案更优。
最后，单管IGBT的成本更低，这个很容易理解。
但是，大家又来问题了，单管再好，上边电压尖峰、误导通等问题解决不了，也不能用啊。别急，肯定能解决，只是相比模块方案的有一点点复杂，真的，只有一点点。
都有办法
实际上，电力电子技术近些年已经非常成熟，刚才讲的电压尖峰、误导通等问题，行业内已经有非常成熟的解决方案。比如，走线尽量更短、更粗来降低线路的等效电感，减缓IGBT导通的速度，增加各类吸收电路吸收瞬时尖峰，负电压驱动防止误导通等等。可以说，解决IGBT的各类问题，行业内已经玩出花来了。
图 5 各类IGBT尖峰吸收电路
通过控制走线的等效电感，增加吸收电路，驱动优化等方式，完全可以解决电压尖峰、误导通等问题。如图6，关断瞬间的电压尖峰，远远低于IGBT的耐受耐压。
图 6 实际IGBT单管开关瞬间的波形，可以看到，关断尖峰可以控制在合理范围内
当前，IGBT单管方案已经在各个行业光伏应用，光伏逆变器、储能PCS、充电桩、电动汽车都已经广泛采用单管方案。对于有一定技术能力的公司，单管和模块从设计难度上都一样。
图 7 新能源汽车上用的单管方案
电能质量领域对IGBT的要求与其他行业相比是一致的，并没有特殊性。所以，小伙伴们完全可以放心选用单管方案。当然，也要选靠谱的公司哦。
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